(57)【要約】【課題】  マイクロレンズアレイ面の広い面積を有効部分として使用できるマイクロレンズアレイを提供する。【解決手段】  正方形の単位領域１１の内部の全面がレンズ部１２（有効領域）となっている。図１（ａ）は、４つの単位領域の部分を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、４つの単位領域１１が重なる点には、凸部１３（凸レンズの場合は凹部）が形成される。この凸部１３の先端部は、製作の過程で平坦部となり、有効なレンズとしての作用をしないが、その大きさは、直径が２μｍの円の中に内包されるような微小な大きさとなっている。一つの単位領域の１辺が十数μｍ程度であることを考えるとその面積率は極めて小さく、マイクロレンズアレイの有効面積を大きくすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形をなす単位領域が、その各辺の方向（上下方向、左右方向という）に連続してつながり合った部分を有し、前記単位領域内にはその全面に亘ってレンズが形成されたマイクロレンズアレイであって、４つの単位領域が接する点に形成される凸部又は凹部（頂点部という）の寸法が、直径が２μｍ以下の円の中に内包される寸法であることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【請求項２】
矩形をなす単位領域が、その各辺の方向（上下方向、左右方向という）に連続してつながり合った部分を有し、前記単位領域内にはその全面に亘ってレンズが形成されたマイクロレンズアレイの製造方法であって、基板上にレジストを塗布し、均等配列型のグレースケールマスクを使用して前記レジストを露光して現像し、その後、残ったレジストをマスクとして前記基板をドライエッチングする工程を有し、以下に示す２枚のマスクを製造し、前記露光は、この２枚のマスクを１組として１回ずつ使用して露光を行うことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
（１）所定ピッチで光を通過させる部分（開口部）が形成されたマスクであって、前記開口部のうちの少なくとも一つを通過した光が、４つの前記単位領域が接する位置に対応する位置を照射するように形成され、各開口部の各大きさは、目的とするマスク形状が得られる大きさとされている第１のマスク。
（２）  前記第１のマスクと同じピッチで開口部が形成されたマスクであって、前記第１のマスクから、上下左右、各方向に前記所定ピッチの１／２ずつずれた位置に開口部を有し、各開口部の各大きさは、目的とするマスク形状が得られる大きさとされている第２のマスク。
【請求項３】
請求項２に記載のマイクロレンズアレイの製造方法であって、レジストの露光方法が、前記１組のマスクを使用して、１回あたりそのマスクの寸法だけレジストの露光位置をシフトさせながら、１組のマスクから、その複数倍の面積を有するレジスト面の露光を行う工程を有するものであり、前記第１のマスクは、上下方向の最端部の１列、及び左右方向の最端部の１列が欠けたものであることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のマイクロレンズの製造方法であって、４つの前記単位領域が接する位置に対応する位置を照射する光が透過する開口部の開口面積が、当該４つの前記単位領域が接する位置に対応する位置の周囲の開口から入射する光の影響を考慮して、補正されていることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズアレイ及びマイクロレンズアレイの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年フラットパネルディスプレイの生産が伸びている。それに伴い、より高性能なディスプレイの実現が望まれるようになってきた。高性能なより明るく、視覚の広いディスプレイを製作するためには、マイクロレンズの使用がかかせなくなってきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし従来のマイクロレンズアレイには、集光効率が低いという問題があった。従来のマイクロレンズアレイの構造の一部部分を図５に示す。これは、正方形の単位領域３１に内接する円径の有効領域を有するマイクロレンズ３２を形成し、それを前後左右に連続的（本明細書及び請求の範囲において「連続的」にとは隙間のないことを意味する）に配列した形状を有するものである（図では４つの単位領域３１を示す）。
【０００４】
単位領域内において円形の有効領域以外の領域３３は平面部となる。この平面部の大きさは、マイクロレンズアレイの面積の21.5％程度になるが、この部分がマイクロレンズアレイとしての働きをしないことになり、集光効率を悪くしているという問題があった。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、マイクロレンズアレイ面の広い面積を有効部分として使用できるマイクロレンズアレイ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための第１の手段は、矩形をなす単位領域が、その各辺の方向（上下方向、左右方向という）に連続してつながり合った部分を有し、前記単位領域内にはその全面に亘ってレンズが形成されたマイクロレンズアレイであって、４つの単位領域が接する点に形成される凸部又は凹部（頂点部という）の寸法が、直径が２μｍ以下の円の中に内包される寸法であることを特徴とするマイクロレンズアレイである。
【０００６】
前述のように、従来の方法では、４つの単位領域が接する点に形成される凸部又は凹部の大きさは、マイクロレンズの一つの単位領域の約21.5％を占め、集光効率を悪くしていた。これに対し、単位領域内にはその全面に亘ってレンズが形成されるようにすれば、この無駄な領域を小さくすることができる。以下示す第２の手段以下を例とする製造方法により、４つの単位領域が接する点に形成される凸部又は凹部（頂点部という）の寸法が、直径が２μｍ以下の円の中に内包される寸法とすることができ、マイクロレンズアレイの有効面積を大幅に向上させることができる。
【０００７】
なお、本明細書及び請求の範囲で単位領域というのは、特に物理的に区切られた領域ではなく、繰り返しの単位となる領域を意味し、隣の単位領域と一体形成されつながっているようなものをも含むものである。
【０００８】
前記課題を解決するための第２の手段は、矩形をなす単位領域が、その各辺の方向（上下方向、左右方向という）に連続してつながり合った部分を有し、前記単位領域内にはその全面に亘ってレンズが形成されたマイクロレンズアレイの製造方法であって、基板上にレジストを塗布し、均等配列型のグレースケールマスクを使用して前記レジストを露光して現像し、その後、残ったレジストをマスクとして前記基板をドライエッチングする工程を有し、以下に示す２枚のマスクを製造し、前記露光は、この２枚のマスクを１組として１回ずつ使用して露光を行うことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法である。
（１）所定ピッチで光を通過させる部分（開口部）が形成されたマスクであって、前記開口部のうちの少なくとも一つを通過した光が、４つの前記単位領域が接する位置に対応する位置を照射するように形成され、各開口部の各大きさは、目的とするマスク形状が得られる大きさとされている第１のマスク。
（２）  前記第１のマスクと同じピッチで開口部が形成されたマスクであって、前記第１のマスクから、上下左右、各方向に前記所定ピッチの１／２ずつずれた位置に開口部を有し、各開口部の各大きさは、目的とするマスク形状が得られる大きさとされている第２のマスク。
【０００９】
矩形をなす単位領域が、その各辺の方向（上下方向、左右方向という）に連続してつながり合った部分を有し、前記単位領域内にはその全面に亘ってレンズが形成されたマイクロレンズアレイを製造するためには、単位領域内全体に亘ってレンズが形成されるようにマスクパターンを形成して露光、現像、ドライエッチングを行えばよい。しかし、１枚のマスクを使用して製造を行ったのでは、隣り合う４つの単位領域の境目に形成される凸部又は凹部の形状が崩れ、この部分が有効なレンズとして働かないという問題がある。本手段においては、２回露光を行うことによりこの問題を解決している。具体的な例は、課題を解決するための手段の欄で説明する。
【００１０】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、レジストの露光方法が、前記１組のマスクを使用して、１回あたりそのマスクの寸法だけレジストの露光位置をシフトさせながら、１組のマスクから、その複数倍の面積を有するレジスト面の露光を行う工程を有するものであり、前記第１のマスクは、上下方向の最端部の１列、及び左右方向の最端部の１列が欠けたものであることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法である。
【００１１】
一組のマスクを使用してシフト露光により大面積のレジストを露光する場合、第１のマスクの端部の開口により、単位領域の辺の部分が２回露光されることになり不都合である。よって、本手段においては、上下方向の最端部の１列、及び左右方向の最端部の１列が欠けたものとしている。例えば最上端部の１列又は最下端部の１列のうちいずれかを欠けたものとする。同様、最左端部の１列又は最右端部の１列のうちいずれかを欠けたものとする。
【００１２】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段又は第３ので手段あって、４つの前記単位領域が接する位置に対応する位置を照射する光が透過する開口部の開口面積が、当該４つの前記単位領域が接する位置に対応する位置に対応する周辺の開口から入射する光の影響を考慮して、補正されていることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法である。
【００１３】
頂点部に対応する位置を照射する光は、露光の際、隣接する開口からの露光光の影響を受けることになり、設計値と実際に受ける光の量が異なることになる。よって、本手段においては、他の光の影響を考慮してこの部分の開口部の面積を補正している。補正の仕方は、マスクの形状にもよるので、経験や実験の結果に基づいて行う。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、マイクロレンズアレイ面の広い面積を有効部分として使用できるマイクロレンズアレイ及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるマイクロレンズアレイ（凹レンズ）の１部を示す概要図である。正方形の単位領域１１の内部の全面がレンズ部１２（有効領域）となっている。図１（ａ）は、４つの単位領域の部分を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、４つの単位領域１１が重なる点には、凸部１３（凸レンズの場合は凹部）が形成される。この凸部１３の先端部は、製作の過程で平坦部となり、有効なレンズとしての作用をしないが、その大きさは、直径が２μｍの円の中に内包されるような微小な大きさとなっている。一つの単位領域の１辺が十数μｍ程度であることを考えるとその面積率は極めて小さく、マイクロレンズアレイの有効面積を大きくすることができる。
【００１６】
このようなマイクロレンズアレイの製造方法の例を図２に示す。なお、図２は、１単位領域について示すものである。後にマイクロレンズアレイとなる基板１４にレジスト１５を塗布する（ａ）。そして、マスク１６に、製造すべきマイクロレンズの形状に対応する開口（実際の開口ではなくても、光を透過させる部分のことを開口と称する）を形成し、ステッパを使用してレジスト１５を露光する。このマスク１６は、所定ピッチで、製造すべきマイクロレンズの形状に対応する開口面積を有する開口を設けたもので、均等配列型のグレースケールマスクと呼ばれる。所定のピッチはレジスト１５上でＰとなっている（ステッパにおいてはマスクの縮小露光が行われるのが普通であるが、図２においては、説明の都合上、等倍露光としている）。
【００１７】
次に、開口の形成される領域を、マスク１６に対して前記所定ピッチの１／２ピッチずらしたマスク１７に、前記所定ピッチで、製造すべきマイクロレンズの形状に対応する開口面積を有する開口を設け、ステッパを使用してレジスト１５を露光する（ｃ）。
【００１８】
その後、レジスト１５を現像し（ｄ）、このレジストをマスクとして基板１４をドライエッチングすると、凹レンズの形状を有する基板１４からなるマイクロレンズが形成される。なお、単位領域の１辺が８〜十数μｍのマイクロレンズアレイを製造する場合には、ピッチＰは、0.5μｍ程度とした。
【００１９】
このように、２枚のマスク１６、１７を使用して２回露光を行うことが、この実施の形態の特徴である。１枚のマスクを使用しても図１に示すようなマイクロレンズアレイを製造することは可能であるが、後に実施例で示すように、図１の凸部１３の形状が崩れて、マイクロレンズアレイの有効面積が小さくなる。なお、２枚のマスク１６、１７を使用して２回露光を行う場合には、通常１回露光で製造を行う場合に比して、各々の露光量を１／２とするが、各々１回露光分だけの露光量で露光するように開口率を最初から調整しておくようにしてもよく、このようなものも本発明の範囲に含まれる。
【００２０】
なお、図２では、凹レンズを作る場合を示しているが、凸レンズを作る場合は、ネガ型のレジストを使用して同様の方法を使用するか、ポジ型レジストを使用してマスクの開口面積を、レンズの中心部に行くに従って小さくして行くようにすればよい。
【００２１】
以下、図１においてＢで示される、凸部１３付近の形状を形成するためのマスクパターンについて説明する。図３は、図１においてＢで示される付近の目標レジスト形状と、その近傍における開口部の開口率との関係を示した模式図である。図３においては、目標レジスト形状を３角形（立体形状で見ると４角錐）で近似している。
【００２２】
図３（ａ）は、マスク１６の開口率を示すものであるが、重要なことは、開口部の一つが、凸部１３の中心（すなわち、４つの単位領域の接点）に一致していることである。このような条件の下で、目標レジスト形状が得られる開口パターンを、所定ピッチＰで形成していく。
【００２３】
図３（ｂ）は、マスク１７の開口率を示すものである。図に示すように、マスク１７においても、目標レジスト形状が得られる開口パターンをピッチＰでもって形成しているが、開口パターンが形成される位置が、マスク１６に対してＰ／２だけずれている。
【００２４】
これらのマスク１６、１７を１回ずつ使用して行った結果、重ね合わせの原理が成り立つと仮定されるので、図３（ｃ）に示すようなマスクを使用して露光を行ったのとほぼ等価な特性が得られる。よって、形状制御の精度が向上し、凸部１３の形状が目標値に近く保たれる。
【００２５】
以下、１組のマスクを繰り返し用いてシフトさせて、複数のマスク領域を連続的に露光する場合について説明する。始めに、簡単化のために、マスクは単位領域に対応させて形成されているものとし、単位領域の大きさだけシフトさせて大面積を露光する場合を考える。このとき、マスク１７については、単位領域の端部にパターンが形成されていないので、複数のマスク領域を、シフトさせて連続的に露光しても、２重露光されることが無く、特に問題はない。
【００２６】
しかし、マスク１６については、単位領域の両端部にパターンが形成されているので、単位領域の大きさだけシフトさせて露光を行う際に、最初に第１の端部で露光された部分が、次の露光において第１の端部と反対側の端部で露光されることになり、２重露光の問題が起こる。
【００２７】
この問題を図４を用いて説明する。図において、（ａ）はマスクにおける単位領域１１Ｍのマスクパターンの例を示すものであり、１１×１１の場所に開口部１８が形成されている。このマスクを使用して、（ｂ）に示すように、１単位領域を露光後、単位領域分だけシフトさせてマスクの新しい領域を露光する。すると、レジストにおける２つの単位領域の境目であるＥの部分においては、（ａ）における左端部Ｃの開口部からの光と、右端部Ｄの光による露光が為されることになり、２重露光が発生し、レジストパターン１９の形状が目標値と変わったものとなる。このことは、図における上下のシフトにおいても発生する。
【００２８】
この実施の形態においては、これを防ぐために、（ｃ）に示すように、マスクパターンの開口のうち、最上列に位置するものと、最右列に位置するもの（灰色で示す）を形成しないようにしている。このようにして、一つのパターンをシフトさせて複数箇所の露光を行う場合の、２重露光の問題が解決される。勿論、レジストに形成されたパターン全体に付いてみれば、最上列と最右列にパターンが形成されていないことになるが、マイクロレンズアレイとして考えれば端部の問題であり、かつ、数も少ないので実質上問題とならない。
【００２９】
以上の例においては、マスクパターンの開口のうち、最上列に位置するものと、最右列に位置するもの（灰色で示す）を形成しないようにしているが、最上列、最下列の一方、及び最左列と最右列の一方にパターンを形成しないようにすればよい。
【００３０】
以上の説明は、マスクパターンが単位領域について形成されているものとして行ったが、マスクパターンとして複数の単位領域の部分が形成されているものもある。例えば５×５の単位領域についてマスクパターンを形成し、露光に際しては５単位領域分だけシフトさせて露光を行うような場合である。このような場合でも、形成されたマスクパターンの、最上列か最下列の一方、及び最左列か最右列の一方のマスクパターンを形成しないようにしておけば、２重露光の問題を防止することができる。
【００３１】
一方、凸部１３（凸レンズの場合には凹部）は、本来受けるべき露光量の他に、隣接する３つの単位領域からの露光光が入射するので、レジストの形状が目的とするものにならないことがある。一般に凸部の場合は過露光となり、凹部の場合は不足露光となる。よって、経験値や実験値に応じて、凸部１３（凸レンズの場合には凹部）に対応させて決めた開口の開口率を補正する。一般に、凹レンズの場合は開口率を小さくし、凸レンズの場合は開口率を大きくする。
【実施例】
【００３２】
図１に示すような凹レンズを製造した。１枚のマスクで露光を行った場合と、２枚のマスクで露光を行った場合の、凸部１３に発生する平坦部の大きさを比較した。なお、単位領域の寸法は１４μｍ×１４μｍ、レジスト上におけるパターンピッチは0.5μｍ、レンズのサグ量は７〜１３μｍとした。
【００３３】
その結果を表１に示す。１枚マスク、２枚マスクの欄の数字は、平坦部の直径（μｍ）であり、向上率は１枚マスクの場合の直径を基準にした、２枚マスクの場合の直径の減少率（％）である。表１より、１枚のマスクで製造した方法でも、従来のものに比して平坦部の大きさが著しく少なくなっていることが分かるが、２枚のマスクを使用することにより、さらに凸部１３の平坦部の大きさを小さくすることができることが分かる。
（表１）
【００３４】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるマイクロレンズアレイ（凹レンズ）の１部を示す概要図である。
【図２】図１に示すようなマイクロレンズアレイの製造方法の例を示す図である。
【図３】図１においてＢで示される付近の目標レジスト形状と、その近傍における開口部の開口率との関係を示した模式図である。
【図４】２重露光の問題とその解決方法を示す図である。
【図５】従来のマイクロレンズアレイの構造の一部分を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１…単位領域、１１Ｍ…マスク上の単位領域、１１Ｒ…レジスト上の単位領域、１２…レンズ部、１３…凸部、１４…基板、１５…レジスト、１６…マスク、１７…マスク、１８…開口部、１９…レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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